Aciers et alliages spéciaux
Résumé de section
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Ce polycopié de cours se veut avant tout introductif, dans la mesure où les connaissances exposées sont du niveau du premier cycle universitaire. Il a pour vocation d’initier les étudiants aux concepts fondamentaux de classification, d'élaboration et de transformation de phases des aciers spéciaux.
Les aciers spéciaux désignent les aciers non alliés et alliés. Ils possèdent en général un degré de pureté plus élevé et se caractérisent par des teneurs assez faibles en phosphore et en soufre. La pureté et l'homogénéité des aciers spéciaux ont une importance capitale. Les aciers spéciaux sont utilisés dans tous les domaines industriels et en particulier dans l’industrie pétrolière, les centrales thermiques à vapeur, les turbines à gaz, fours industriels, les soupapes d’échappement, l’industrie aéronautique et les centres nucléaires. Afin d'assurer le caractère pédagogique, toutes les notions abordées dans ce document sont strictement conformes au programme officiel.
Par ailleurs, ces notes de cours sont réparties en six chapitres. Le premier chapitre est une introduction générale du module. Le deuxième chapitre est consacré à l’étude de la qualité de l’acier à l’instar des notions de pureté de l’acier, les impuretés (soufre et phosphore), la notion de propreté inclusionnaire et les notions d’éléments d’alliages. Nous aborderons dans le troisième chapitre les deux types de solutions solides, les carbures, les nitrures des métaux de transition et les composés intermétalliques des aciers spéciaux. Le quatrième chapitre est dédié aux transformations de phases dans les aciers spéciaux. Dans le cinquième chapitre, nous avons étudié l’influence des additions sur les traitements des aciers spéciaux et des alliages. Nous aborderons dans le dernier chapitre les aciers spéciaux et superalliages.
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Chapitre 2 : Qualité de l’acier
1.1. Notions de pureté de l’acier
1.4. Notions d’éléments d’alliages
1.4.1. Influence des éléments d’addition sur les propriétés des métaux liquides et solides
1.4.1.1. Solubilité des éléments d’alliage
1.4.1.2. Influence des éléments d’alliage sur les structures d’équilibre
1.4.1.3. Participation des éléments d’alliage à la formation de composés particuliers
1.4.1.4. Influence des éléments d’alliage sur les transformations hors équilibre
1.4.1.6. Influence des éléments d’alliage sur les propriétés chimiques des aciers
Chapitre 3 : Phases dans les aciers spéciaux et alliages
3.1.1 Solutions solides de substitution
3.1.2 Solutions solides d’insertion
3.1.3 Solubilité du carbone dans le fer pur
3.2 Les principales phases intermédiaires dans les aciers
3.2.1 Carbures et nitrures des métaux de transition
3.2.2 Composés intermétalliques
Chapitre 4 : Particularités des transformations de phases dans les aciers spéciaux et alliages
4.1 Formation de l’austénite lors du chauffage
4.1.1 Transformations α→γ en conditions d’équilibre
4.1.2 Transformations α → γ hors équilibre
4.2.1 Éléments d’alliage non carburigènes, tels Mn, Si, Ni, Cu
4.2.2 Éléments d’alliage carburigènes tels Cr, Mo, V, W, Ti
4.3 Décomposition de l’austénite
4.3.1 Transformation perlitique
4.3.2 Transformation bainitique
4.3.3 Transformation martensitique
4.4 Revenu des aciers spéciaux et alliages
4.4.2 Effet de précipitation des carbures et des Intermétalliques
Chapitre 5 : Influence des additions sur les traitements des aciers spéciaux et des alliages
5.2 Aciers à bas carbone pour emboutissage
5.2.2 Aciers biphasés (dual phase)
5.3.1 Aciers inoxydables martensitiques
5.3.2 Aciers inoxydables ferriques
5.3.3 Aciers inoxydables austénitiques
Chapitre 6 : Aciers spéciaux et superalliages
6.1.2 Cycle de traitement thermique pour l’acier Hadfield au manganèse
6.2.1 Microstructure et propriétés mécaniques
6.3.1 Résistance à la corrosion à haute température
6.3.2 Résistance mécanique à haute température
6.3.3 Superalliages à base de nickel-cobalt
Références bibliographiques
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[1] Jean Philibert et Alain Vignes, Yves Bréchet, Pierre Combrade, MÉTALLURGIE Du minerai au matériau. 2013, Paris, France: DUNOD.
[2] Jeanne Mager Stellman, Encyclopédie de sécurité et de santé au travail. 2000, Genève: Bureau international du travail.
[3] Kozlowski Albert, Aciers de construction métallique Normalisation. Désignations. Techniques de l'ingénieur Propriétés et usages des aciers et des fontes, 2006. base documentaire : TIB349DUO(ref. article : m4520).
[4] ASM International. Handbook Committee, ASM Handbook, Volume 04 - Heat Treating. 1990, Californie, USA: ASM International.
[5] Jitesh Kumar Singh et Arun Kumar Rout, Advances in Green Steel Making Technology - A Review. American Journal of Materials Engineering and Technology, 2018. 6(1): p. 8-13.
[6] Yogeshwar Sahai et Toshihiko Emi, Tundish Technology for Clean Steel Production. 2008: World Scientific.
[7] Annick Pokorny et Jean Pokorny, Inclusions non métalliques dans l’acier. Techniques de l'ingénieur Méthodes de caractérisation et d'analyse des métaux et alliages, 1998. base documentaire : TIB532DUO(ref. article : m220).
[8] Michel Bramat et Martin Villeneuve, Technologie des métaux, contrôles et essais des soudures. 2007: De Boeck Supérieur.
[9] Marc Grumbach, Aciers d’usage général Classification et métallurgie. Techniques de l'ingénieur Propriétés et usages des aciers et des fontes, 2015. base documentaire : TIB349DUO(ref. article : m4515).
[10] Xuan Hung Dang, Identification de la variabilité spatiale des champs de contraintes dans les agrégats polycristallins et application à l'approche locale de la rupture, Doctorat en Génie mécanique. 2013, Université Blaise Pascal - Clermont II: France.
[11] MASCLE Christian et Wygowski Walery, Fabrication avancée et méthodes industrielles: du dossier produit au dossier fabrication. 2013: Presses internationales Polytechnique.
[12] Saleil Jean, Jean Le Coze, La coulée continue des aciers. Un exemple de développement technique où l’étroite coopération entre métallurgistes, constructeurs et exploitants a été d’une grande fécondité. Matériaux & Techniques, 2018. 106(5): p. 505.
[13] Murry Guy, Aciers. Généralités. Techniques de l'ingénieur Propriétés et usages des aciers et des fontes, 1993. base documentaire : TIB349DUO(ref. article : m300).
[14] Michel Soustelle, Modélisation des phases solides. 2015: ISTE éditions.
[15] Robert Valls, Chimie inorganique: De la classification périodique au cristal. 2018: ISTE Editions Limited.
[16] Michael Ashby, Hugh Shercliff, David Cebon, Matériaux: Ingénierie, science, procédé et conception. 2013: Presses polytechniques et universitaires romandes.
[17] Guy Murry, Transformations dans les aciers. Techniques de l'ingénieur Traitements thermiques des métaux : généralités, 1998. base documentaire : TIB500DUO(ref. article : m1115).
[18] Michel Soustelle, Transformations entre phases. 2016: ISTE editions.
[19] Madeleine Durand Charre, Microstructure des aciers et des fontes. 2012: EDP Sciences.
[20] Kenji Watanabe et Takashi Taniguchi, Hexagonal Boron Nitride as a New Ultraviolet Luminescent Material and Its Application. International Journal of Applied Ceramic Technology, 2011. 8(5): p. 977-989.
[21] Robert Lévêque, Traitements thermiques dans la masse des aciers à outils. Techniques de l'ingénieur Traitements thermiques des aciers, des alliages et des fontes, 2013. base documentaire : TIB364DUO(ref. article : m1134).
[22] Shein. I. R, Medvedeva.N.I, Ivanovskii. A. L, Electronic and structural properties of cementite-type M3X (M=Fe, Co, Ni; X=C or B) by first principles calculations. Physica B: Condensed Matter, 2006. 371(1): p. 126-132.
[23] Cao Yong, Jingchuan Zhu, Liu Yong, Lai Zhonghong, Nong Zhisheng, First-principles studies of the structural, elastic, electronic and thermal properties of γ′-Ni3Ti. Physica B: Condensed Matter, 2013. 412: p. 45-49.
[24] Amandeep Singh Wadhwa, H.S.D., A Textbook of Engineering Material and Metallurgy. 2008: University Science Press.
[25] Furuhara T, 11 - Carbide-containing bainite in steels, in Phase Transformations in Steels, E. Pereloma and D.V. Edmonds, Editors. 2012, Woodhead Publishing. p. 417-435.
[26] Flake. C. Campbell, Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. 2008: ASM International.
[27] Romesh. C. Sharma, Principles of heat treatment of steels. 2003: New Age International.
[28] Louis. Fruitet et Guy Murry, Aciers de construction Caractéristiques et bases de choix. Techniques de l'ingénieur, 1997.(ref. article : c2501).
[29] Jacques Besson, Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, Jean-Marc Haudin, Ecole nationale supérieure des mines de Paris.; et al, Matériaux pour l'ingénieur. 2006: École des Mines de Paris.
[30] Grumbach Marc, Aciers microalliés. Techniques de l'ingénieur Propriétés et usages des aciers et des fontes, 2000. base documentaire : TIB349DUO(ref. article : m4525).
[31] Fonstein, N., 7 - Dual-phase steels, in Automotive Steels, R. Rana and S.B. Singh, Editors. 2017, Woodhead Publishing. p. 169-216.
[32] Hilditch. T. B, de Souza, T, Hodgson. P. D, 2 - Properties and automotive applications of advanced high-strength steels (AHSS), in Welding and Joining of Advanced High Strength Steels (AHSS), M. Shome and M. Tumuluru, Editors. 2015, Woodhead Publishing. p. 9-28.
[33] Asahi Hitoshi, Hara Takuya, Terada Yoshio, Terada Yoshio, Sugiyama Masaaki, Bangaru Narasimha-rao V, Koo Ja-young, Jin Hyun-woo, Ozekcin Adnan, Fairchild Douglas P, High Strength Dual Phase Steel With Low Yield Ratio, High Toughness and Superior Weldability. 2007, ExxonMobil Upstream Research Company: United States.
[34] Claude Leroux, Cémentation par le carbone et carbonitruration Mise en œuvre des traitements. Techniques de l'ingénieur Traitements thermiques superficiels et thermochimiques, 2011. base documentaire : TIB501DUO(ref. article : m1226).
[35] Claude Leroux, Nitruration et nitrocarburation Procédés et pratiques industrielles. Techniques de l'ingénieur Traitements thermiques superficiels et thermochimiques, 2012. base documentaire : TIB501DUO(ref. article : m1227).
[36] Banerjee Malaviya, 2.8 Heat Treatment of Commercial Steels for Engineering Applications, in Comprehensive Materials Finishing, M.S.J. Hashmi, Editor. 2017, Elsevier: Oxford. p. 180-213.
[37] Pierre-Jean Cunat, Aciers inoxydables - Critères de choix et structure. Techniques de l'ingénieur 2000(ref. article : m4540).
[38] Robert Lévêque, Aciers à outils – Classification et évolution. Techniques de l'ingénieur Étude et propriétés des métaux, 2013. base documentaire : TIP551WEB(ref. article : m4588).
[39] Keyur Panchal, Life Improvement of Hadfield manganese steel castings. International Journal of Scientific Development and Research, 2018. 1(5): p. 817-825.
[40] Harzallah, R., Étude du comportement mécanique et tribologique des aciers austénitiques au manganèse : application aux coeurs de voies ferroviaires, in l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris. 2010: Paris.
[41] Wei Sha et Zhanli Guo, Maraging Steels: Modelling of Microstructure, Properties and Applications. 2009: Elsevier Science.
[42] Albert Kozlowski, Aciers et alliages réfractaires Données numériques. Techniques de l'ingénieur Étude et propriétés des métaux, 2006. base documentaire : TIP551WEB(ref. article : m4570).
[43] Albert Kozlowski, Aciers et alliages réfractaires Fabrication. Techniques de l'ingénieur Mise en forme des aciers, aluminium, autres métaux et alliages, 2010. base documentaire : TIB356DUO(ref. article : m3175).
